Программы для расчета трансформаторов – Завод по производству трансформаторов, катушек индуктивности, дросселей, изделий из пластмасс, расчет трансформаторов по чертежам заказчика.
Программы для расчета трансформаторов – Завод по производству трансформаторов, катушек индуктивности, дросселей, изделий из пластмасс, расчет трансформаторов по чертежам заказчика.
|
|
| |||||||||||||||||||||||||||
18 Июля 2022 В плане импортозамещения ООО “Транспласт” выполняет разработку и изготовление импортных аналогов сухих трансформаторов мощностью до 5 кВт.при частоте 50-60 Гц. Все новости
ООО “Транспласт” изготавливает изделия из пластмасс: +7 (812) 600-15-26 | Главная / О компании / Программы для расчета трансформаторов
| ||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||
Правильный расчет силового трансформатора
Сразу оговорюсь, что буду рассматривать однофазные трансформаторы для питания наземной стационарной радиоаппаратуры мощностью в десятки – сотни ватт, что имеет самое распространенное применение.
Прежде, чем приступить к расчетам трансформатора, которых может быть великое множество, необходимо договориться о критериях его качества, что непременно отразится на построении расчетных формул.
Я считаю, что главный качественный показатель силовоготрансформатора для радиоаппаратуры – это его надежность. Следствие надежности – это минимальный нагрев трансформатора при работе (иными словами, он должен быть всегда холодным!) и минимальная просадка выходных напряжений под нагрузкой (иначе говоря, трансформатор должен быть “жестким”).
Другие критерии оптимизации, кроме надежности, как-то: экономия меди, минимальные габариты или вес, высокая удельная мощность, удобство намотки, минимизация стоимости, ограниченный срок службы (чтобы новые покупали чаще, взамен сгоревших) я не считаю приемлемыми в инженерной практике.
Методики “вышивания” из имеющегося типоразмера сердечника наимаксимальнейшей мощности, я тоже считаю неприемлемыми: такие трансформаторы долго не работают и греются как черти.
Хотите экономить – покупайте китайскую дешевку или советский ширпотреб. Но помните: “Скупой всегда платит дважды!”.
Трансформатор должен работать и не создавать проблем. Это его главная функция. Исходя из этого, будем его и рассчитывать! Прежде всего, необходимо уяснить для себя некоторую минимальную теорию. Итак: силовой трансформатор. Не идеальный.
Поэтому эти неидеальности нужно понимать и правильно учитывать. Главных неидеальностей у силового трансформатора – две:
- Потери на активном сопротивлении провода обмоток (зависят от материала провода и от плотности, протекающего через него тока).
- Потери на перемагничивание в сердечнике – на неком “магнитном сопротивлении” (зависят от материала сердечника и от значения магнитной индукции).
Именно эти две неидеальности должны быть разумно-минимальными, чтобы трансформатор удовлетворял требованиям надежности. Активное сопротивление обмоток и, как следствие, их нагрев, определяется заложенной при расчете плотностью тока в проводе.
А посему ее значение должно быть оптимальным.
На основании большого практического опыта рекомендую использовать значение плотности тока в медном проводе не более 3,2 ампера на квадратный миллиметр сечения. При использовании серебряного провода, плотность тока можно увеличить до 3,5 ампер на квадратный миллиметр.
А вот для алюминиевого провода она не должна превышать значение 2 ампера на квадратный миллиметр. Указанные значения плотности тока категорически превышать нельзя! И из этих значений мы выведем формулы для определения диаметра провода обмоток, коими будем пользоваться в расчете.
Мотать обмотки более толстым проводом (при меньшем значении плотности тока) – можно. Более тонким – категорически нет! Однако, и более толстым проводом мотать обмотки не стоит, поскольку тогда мы рискуем не уложить нужное число витков в окно сердечника.
А в хорошем трансформаторе должно быть много витков, чтобы свести к минимуму магнитные потери и чтобы не грелся его сердечник. Большинство холоднокатаных электротехнических сталей сохраняют свою линейность до значения магнитной индукции 1,35 Тесла или 13500 Гаусс.
То есть, если мы хотим, чтобы во всем диапазоне питающих напряжений наш трансформатор работал надежно, надо его рассчитать так, чтобы сердечник не подходил бы к нелинейности при любом допустимом напряжении питающей сети.
В том числе и при 242 вольтах. А посему, на номинальном напряжении 220 вольт, магнитная индукция должна выбираться не более 1,2 Тесла или 12000 Гаусс.
Соблюдение этих двух указанных требований обеспечит высокий КПД трансформатора и высокую стабильность выходных напряжений при изменении тока нагрузки от нуля до максимального значения. Иными словами, мы получим очень “жесткий” трансформатор. Что и нужно!
А вот увеличение расчетного значения индукции более 1,2 Тесла приведет не только к нагреву сердечника, но и к снижению “жесткости” трансформатора. Если расчитывать трансформатор на значение индукции более 1,3 Тесла, то мы получим “мягкий” трансформатор, выходные напряжения которого плавно просаживаются при увеличении тока нагрузки от нуля до его номинального значения.
Не для всех радиоустройств такие трансформаторы пригодны. Впрочем, в транзисторных схемах можно с успехом использовать стабилизатор выпрямленного напряжения. Но это – дополнительная схема, дополнительные габариты, дополнительная рассеиваемая мощность, дополнительные деньги и дополнительная ненадежность.
Не лучше ли сразу сделать хороший трансформатор?
У мягкого питающего трансформатора напряжения на одних вторичных обмотках зависит от потребляемых токов в других – за счет просадки в общих цепях – на активном сопротивлении первичной обмотки и на магнитном сопротивлении.
Например, если мы питаем от мягкого трансформатора двухтактный ламповый усилитель, работающий в режиме класса В или АВ, то изменение потребления по анодной цепи приведет к дополнительным колебаниям напряжения накала ламп.
И, поскольку, напряжение накала ламп имеет также допустимый разброс в 10% от номинала, мягкий трансформатор внесет в это напряжение дополнительную нестабильность еще в 10, а то и в 15 процентов.
А это неизбежно сначала сократит выходную мощность усилителя на больших громкостях (инерционные просадки громкости), а с течением времени приведет к более ранней потери эмиссии у ламп. Экономия на силовом трансформаторе аукается более дорогими потерями в радиолампах и в параметрах радиоустройств.
Вот уж воистину: “Экономия – путь к разорению и нищете!”. В настоящее время наиболее распространены магнитопроводы следующих конфигураций (рис. 1).
Рис. 1. Наиболее распостраненные виды магнитопроводов для изготовления трансформаторов.
Дальнейший расчет трансформатора будем вести по строгим классическим формулам из учебника электротехники:
При соблюдении достигнутых договоренностей КПД трансформатора (при наиболее часто встречающихся мощностях 80…200 Вт) будет не ниже 95 процентов, а то и выше. Поэтому, в формулах будем использовать значение КПД = 0,95.
Коэффициент заполнения окна сердечника медью для тороидальных трансформаторов составляет 0,35. Для обычных каркасных броневых или стержневых – 0,45.
При широких каркасах и большой длине намотки одного слоя (h) значение Кm может доходить и до значения 0,5…0,55, как, например, у магнитопроводов типа Б69 и Б35, параметры которых приведены на рисунке. При бескаркасной промышленной намотке Кm может иметь значения и до 0,6…0,65.
Для справки: теоретический предел значения Кm для слоевого размещения круглого провода без изоляции в квадратном окне – 0,87.
Приведенные практические значения Кm достижимы лишь при ровной укладке провода строго виток к витку, тонкой межслойной и межобмоточной изоляции и заделке выводов за пределами окна сердечника (на боковых вылетах обмотки).
При изготовлении каркасных обмоток в любительских условиях, в условиях лабораторного или опытного производства, лучше принимать значение Km = 0,45…0,5.
Разумеется, все это касается обычных силовых трансформаторов для ламповой или транзисторной аппаратуры, с выходными и питающими напряжениями до 1000 В, где не предъявляются повышенные изоляционные требования к обмоткам и к заделке их выводов.
Габаритная мощность трансформатора, в ваттах, на конкретно выбранном сердечнике определяется по формуле:
где:
- n = 0,95 – КПД трансформатора;
- Sc и So – площади поперечного сечения сердечника и окна, соответственно [кв. см];
- f – нижняя рабочая частота трансформатора [Гц];
- В = 1,2 – магнитная индукция [Т];
- j – плотность тока в проводе обмоток [А/кв.мм];
- Km – коэффициент заполнения окна сердечника медью;
- Кс = 0,96 – коэффициент заполнения сечения сердечника сталью;
Задавшись напряжениями обмоток, количество необходимых витков можно рассчитать по такой формуле:
где:
- U1, U2, U3,… – напряжения обмоток в вольтах;
- n1, n2, n3,… – число витков обмоток.
Если изначальные договоренности нами в точности соблюдены, и мы делаем жесткий трансформатор, то число витков как первичной, так и вторичной обмоток определяется по одной и той же формуле.
Если же мы будем использовать трансформатор при предельном значении мощности для имеющегося типоразмера сердечника, рассчитанное по этой формуле, или мы проектируем маломощные трансформаторы (менее 50 Вт), с большим числом витков и тонким проводом обмоток, то число витков вторичных обмоток следует увели чить в
раз. С учетом нашей договоренности, это составит 1,026 или больше рассчетного на 2,6%.
Что же касается напряжений накальных обмоток, то здесь стоит вспомнить указание самой главной книги по радиолампам: “Руководство по применению приемно-усилительных ламп” [1 ], выпущенное для радиоинженеров-разработчиков Государственным комитетом по электронной технике СССР в 1964 году.
Открыв это руководство на 13-й странице, внимательно рассмотрим график (рис. 2) и уясним из него, что оптимальное напряжение накала радиоламп для сохранения их максимальной надежности и, соответственно, долговечности составляет 95% от номинала.
Что для ламп с напряжением накала 6,3 вольта составит ровно 6 вольт.
Поэтому не надо увеличивать число витков накальных обмоток на 2,6%. Пусть будет, как есть.
Определяем токи обмоток. Ток первичной обмотки: I1 = P/U1
При использовании двухполупериодного выпрямителя средний ток каждой половины обмотки будет в 1,41 раза (корень из двух) меньше, чем необходимый выпрямленный ток нагрузки.
В случае использования мостового полупроводникового выпрямителя, ток обмотки будет в 1,41 раза больше, чем выпрямленный ток нагрузки.
Поэтому, надо не забыть в формулы для определения диаметров проводов подставлять потребления по постоянному току, в первом случае поделенные, а во втором, умноженные на 1,41. В идеале – это так, но реально – не совсем.
Рис. 2. График.
На холостом ходу напряжение после выпрямителя, на сглаживающем конденсаторе, увеличивается до амплитудного значения, которое у синусоиды в 1,41 раза больше эффективного.
А вот при активно-емкостной нагрузке между полупериодами емкость разряжается током нагрузки и выходное напряжение “просаживается”.
Точный расчет напряжения просадки довольно сложен, однако, для практической точности следует вместо коэффициента 1,41 выбирать эмпирический коэффициент 1,24.
Поэтому напряжения обмоток, которые будут работать на двухполупериодные или мостовые выпрямители, следует брать в 1,24 раза меньше.
Соответственно, и токи обмоток возрастут не в 1,41, а в 1,24 раза относительно потребления по постоянному току. Ну, а в двухполупериодной схеме со средней точкой(при удвоенном числе витков) средний ток обмотки будет равен половине от 1,24, то есть, 0,62 от тока потребления нагрузки.
Рассчитываем диаметры проводов обмоток исходя из протекающих в них токов по следующим формулам (для меди, серебра или алюминия):
Полученные значения округляем в сторону увеличения до ближайшего стандартного диаметра провода.
Делаем проверку расчета. Мощность первичной обмотки – произведение питающего напряжения на потребляемый ток, должна быть равна сумме мощностей всех вторичных обмоток.
То есть: U1 х I1 = U2 х І2 + U3 х І3 + U4 х І4 + …
Намотав трансформатор, для проведения дальнейших расчетов выпрямителя необходимо замерить некоторые его параметры:
- активное сопротивление первичной обмотки;
- активное сопротивление вторичных обмоток;
- точные значения напряжений вторичных обмоток, разумеется, проверив, чтобы в сети при этом напряжение составляло 220 вольт. Если же оно отличается от номинала (но находится в пределах 198…242), то пропорционально пересчитать измеренные значения;
- ток холостого хода первичной обмотки (какой ток трансформатор потребляет из сети при отсутствии нагрузки на его вторичных обмотках).
К примеру, тороидальный силовой двухобмоточный трансформатор, мощностью 530 Вт, который я сам, вручную, мотал в 1982 году на сердечнике от сгоревшего бытового переходного 400-ваттного автотрансформатора 127/220 В, называвшегося в торговой сети “Юг-400”, имел следующие параметры:
- В = 1,2 Тесла;
- n220 = 1100 вит;
- d220 = 0,96 мм;
- n127 = 635 вит;
- d127 = 1,35 мм;
- при этом Iхх = 7 (семь!) мА,
что соответствует индуктивности первичной обмотки 100 Генри.
Для сравнения. Промышленная обмотка того автотрансформатора содержала 880 витков на 220 вольт.
Не удивительно, что он перегревался, и в конце-концов сгорел. Когда трансформаторы мотают не для себя, а на продажу, то ради денег и в ущерб качеству экономят на всем. Не надо экономить – это, ведь, то же самое, что самому себе гадить. Желаю удачи!
С.Комаров, UA3ALW. г. Москва. РМ-03-17.
Программное обеспечение для проектирования трансформаторов – Zenithar Foreign Trade and Consulting
Программное обеспечение для проектирования трансформаторов создано совместным предприятием двух компаний: Opti-Consult-Belgium (www.opti-consult.org) и Zenithar Foreign Trade and Consultancy-Turkey (www. zenithar.net), которые обладают обширными знаниями и опытом в области проектирования и производства трансформаторов.
Наше программное обеспечение для проектирования электрического и механического оборудования для распределения масла, распределения с литой изоляцией и силового трансформатора, в котором есть алгоритм оптимизации, успешно используется более чем в 30 компаниях по всему миру.
Наша главная цель для производителей трансформаторов – снизить себестоимость продукции, выполнив все технические требования.
Благодаря нашим глубоким знаниям, мы в среднем снизили стоимость трансформаторов наших клиентов в среднем на 10%. Для получения подробной информации о нашем программном обеспечении для проектирования трансформаторов, пожалуйста, свяжитесь с нами.
ПТОСПрограммное обеспечение для оптимизации силового трансформатора
Дружественный интерфейс
Алгоритм оптимизации
Тысячи результатов за очень короткое время
Снижение стоимости материалов в среднем на 10%
Приблизительно 120 выходных параметров
Возможность оптимизации с использованием различных материалов сердечника
Удобство для дисковой, многослойной, спиральной намотки
Гибкость для 100% настройки
Автоматическое составление сметы и подготовка производственного чертежа
DTOSПрограммное обеспечение для оптимизации распределительного трансформатора
Дружественный интерфейс
Алгоритм оптимизации
Тысячи результатов за очень короткое время
Снижение стоимости материала в среднем на 10%
Функция пакетной оптимизации
Оптимизация с помощью стандартной функции фольги
Гибкость для 100% настройки
Независимый от человека дизайн
Двойной НН, Двойной ВН, 12-импульсный, инверторный рабочий трансформатор
Однофазные трансформаторы
Конструкция трансформатора средней мощности
Параллельное и последовательное использование фольги
Дополнительный анализ конструкции, такой как силы короткого замыкания, гармоники, пусковые токи, перегрузка , анализ падения напряжения
Оптимизация контейнера
Оптимизация для достижения максимальных конечных размеров
РПН – Интеграция основной/основной/точной компоновки
Оптимизация с различными типами масла
Оптимизация в соответствии с эффективностью и значениями PEI
Оптимизация пропускной способности ядра
Оптимизация со стандартными фольгами
Оптимизация с трехосной круглой проволокой
Интеграция конструкции фольга-фольга
CrTOSПрограммное обеспечение для оптимизации трансформаторов с литой изоляцией
Дружественный интерфейс
Алгоритм оптимизации
Тысячи результатов за очень короткое время
Снижение стоимости материала в среднем на 10%
Удобство для фольги, слоя, диска, многослойного диска, наматывания вниз
Возможность оптимизации с различными материалами сердцевины
Возможность круглого и овального дизайна
Функция оптимизации партии
Гибкость для 100% настройки
Независимый от человека дизайн
Двойной НН, Двойной ВН, 12-пульсный, инверторный трансформатор
Однофазные трансформаторы
Конструкция трансформатора средней мощности
Интеграция параллельного и последовательного использования фольги
Дополнительный анализ конструкции, например силы короткого замыкания, гармоники, пусковые токи, перегрузка, анализ падения напряжения
Оптимизация контейнера
Оптимизация для достижения максимальных конечных размеров различные типы масел
Оптимизация в соответствии с эффективностью и значениями PEI
Оптимизация полосы пропускания ядра
Оптимизация со стандартными фольгами
Оптимизация с помощью трехосной круглой проволоки
Интеграция конструкции фольга-фольга
канадских долларов
Образцы расчетов
График повышения температуры реакторов пускового двигателя
ПРИМЕР ОТЧЕТА ОБ ИСПЫТАНИЯХ, РАССЧИТАННОГО И НАПЕЧАТАННОГО С ПОМОЩЬЮ TCAD
ОТЧЕТ ОБ ИСПЫТАНИЯХУважаемый ЗАКАЗЧИК.
… Однофазный трансформатор нашего типа ТМ/ 100
Соответствие стандарту IEC989 Класс изоляции E
Номинальная мощность 200 ВА Непрерывная работа от 50 до 60 Гц
Входное напряжение: 230 В 400 В
Выходное напряжение: 110 В (150 ВА) 24 В (50 ВА)
————————————————– ——————————
БЕЗ НАГРУЗКИ
Входное напряжение 400 В Входной ток 0,209 А
Утечка в утюг 33,5 Вт Коэффициент мощности 0,40
ТЕСТ НА КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ
Напряжение короткого замыкания 6,4 % Утечка в медь 14,0 Вт Коэффициент мощности 0,99
КПД (при номинальной нагрузке и cos=1): 80,81%
Падение напряжения (при номинальной нагрузке и cos=1) 6,35%
Полная мощность кратковременно при падении напряжения 5%
cos 0,3 А = 2945 ВА cos 0,4 А = 2654 ВА cos 0,5 А = 2431 ВА
cos 0,6 А = 2260 ВА cos 0,7 А = 2130 ВА cos 0,8 А = 2040 ВА
ИСПЫТАНИЕ НА НАГРЕВ
Превышение температуры в утюге: 45C
Превышение температуры в меди: 65C
ТЕСТ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ
Среди всех роллеты в сторону земли и между собой > 100 Мом.
————————————————– ——————————
ПЛАНОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ
Выходное напряжение без нагрузки: 113,3 В 24,7 В
Испытание на пробой изоляции среди всех рольставен по отношению к земле и
между собой 3 кВ за 1 минуту.
Ваше имя ваш город, 10-10-97
1 : КОНСТРУКЦИЯ НЕБОЛЬШИХ ОДНОФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Трансформаторы однофазные от 1 ВА до 6 кВА.
Максимум 10 первичных и 20 вторичных.
Распечатка рабочей карты и протокола испытаний.
200 долларов
2 : КОНСТРУКЦИЯ КОЛОНН ОДНОФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Трансформаторы однофазные от 2 кВА до 50 кВА.
Максимум 5 первичных и 10 вторичных.
100 долларов
1 : КОНСТРУКЦИЯ ТРЕХФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Трехфазные трансформаторы от 20 ВА до 100 кВА.
Максимум 5 первичных и 10 вторичных.
Распечатка рабочей карты и протокола испытаний.
250 долларов
4 : КОНСТРУКЦИЯ ОДНОФАЗНЫХ РЕАКТОРОВ
Однофазные реакторы от 5 ВА до 6 кВА.
Распечатка рабочей карты и протокола испытаний.
200 долларов
5 : КОНСТРУКЦИЯ ТРЕХФАЗНЫХ РЕАКТОРОВ
Трехфазные реакторы от 20 ВА до 50 кВА.
Распечатка рабочей карты и протокола испытаний.
6 : КОНСТРУКЦИЯ ТРЕХФАЗНЫХ РЕАКТОРОВ ДЛЯ ПУСКОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
Для двигателей от 2 до 400 кВт. 200 долларов
7: АНАЛИЗ ПОВЫШЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПЕРЕХОДНОМ ПРОЦЕССЕ
Анализ и графики повышения температуры электрических компонентов, таких как
как реакторы для запуска двигателя.
200 долларов
ВСЕ ПАКЕТЫ: $ 1000
Другие продукты
МАРКАТУРА CE DEI ТРАНСФОРМАТОРИ:
Progettazione, costruzione, collaudo, stesura del fascicolo technico.
